aula termoquímica
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aula termoquímica


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Termoquímica 
Sistema e vizinhanças 
\u2022 Sistema: é a parte do universo na qual estamos interessados. 
\u2022 Vizinhança: é o resto do universo. 
A natureza da energia 
A transferência de energia: trabalho e calor 
\u2022 Força é uma tração ou uma compressão exercida em um objeto. 
\u2022 Trabalho é o produto da força aplicada em um objeto em uma 
distância. 
\u2022 Energia é o trabalho realizado para mover um objeto contra uma 
força. 
\u2022 Calor é a transferência de energia entre dois objetos. 
\u2022 Energia é a capacidade de realizar trabalho ou de transferir calor. 
A natureza da energia 
Energia interna 
\u2022 Energia interna: é a soma de toda a energia cinética e potencial de 
um sistema. 
\u2022 Não se pode medir a energia interna absoluta. 
 
A primeira lei da 
termodinâmica 
A relação de \uf044E a calor e a trabalho 
\u2022 A energia não pode ser criada ou destruída. 
\u2022 A energia (sistema + vizinhança) é constante. 
\u2022 Toda energia transferida de um sistema deve ser transferida para as 
vizinhanças (e vice-versa). 
\u2022 A partir da primeira lei da termodinâmica: 
quando um sistema sofre qualquer mudança física ou química, 
a variação obtida em sua energia interna, \uf044E, é dada pelo 
calor adicionado ou liberado pelo sistema, q, mais o trabalho 
realizado pelo ou no sistema: 
 
A primeira lei da 
termodinâmica 
A primeira lei da 
termodinâmica 
A primeira lei da 
termodinâmica 
Processos endotérmicos e exotérmicos 
\u2022 Endotérmico: absorve calor da vizinhança. 
\u2022 Exotérmico: transfere calor para a vizinhança. 
\u2022 Uma reação endotérmica mostra-se fria. 
\u2022 Uma reação exotérmica mostra-se quente. 
 
A primeira lei da 
termodinâmica 
Funções de estado 
\u2022 Função de estado: depende somente dos estados inicial e final do 
sistema, e não de como a energia interna é utilizada. 
 
A primeira lei da 
termodinâmica 
Funções de estado 
 
\u2022 As reações químicas podem absorver ou liberar calor. 
\u2022 No entanto, elas também podem provocar a realização de trabalho. 
\u2022 Por exemplo, quando um gás é produzido, ele pode ser utilizado 
para empurrar um pistão, realizando, assim, trabalho. 
Zn(s) + 2H+(aq) \uf0e8 Zn2+(aq) + H2(g) 
\u2022 O trabalho realizado pela reação acima é denominado trabalho de 
pressão-volume. 
Entalpia 
Entalpia 
 
\u2022 Entalpia, H: é o calor transferido entre o sistema e a vizinhança 
realizado sob pressão constante. 
\u2022 Entalpia é uma função de estado. 
 
Entalpia 
 
 
\u2022 Quando \uf044H é positivo, o sistema ganha calor da vizinhança. 
\u2022 Quando \uf044H é negativo, o sistema libera calor para a vizinhança. 
Entalpia 
Entalpia 
 
 
 
A entalpia é uma propriedade extensiva (a ordem de grandeza do \uf044H 
é diretamente proporcional à quantidade): 
CH4(g) + 2O2(g) \uf0e8 CO2(g) + 2H2O(l) \uf044H = -890 kJ 
2CH4(g) + 4O2(g) \uf0e8 2CO2(g) + 4H2O(g) \uf044H = -1780 kJ 
Entalpias de reação 
 
\u2022 Quando invertemos uma reação, alteramos o sinal do \uf044H: 
CO2(g) + 2H2O(l) \uf0e8 CH4(g) + 2O2(g) \uf044H = +890 kJ 
 
\u2022 A variação na entalpia depende do estado: 
H2O(g) \uf0e8 H2O(l) \uf044H = -88 kJ 
Entalpias de reação 
 
\u2022 A termodinâmica está relacionada com a pergunta: uma reação 
pode ocorrer? 
\u2022 A primeira lei de termodinâmica: a energia é conservada. 
\u2022 Qualquer processo que ocorra sem intervenção externa é 
espontâneo. 
\u2022 Quando dois ovos caem no chão, eles se quebram 
espontaneamente. 
\u2022 A reação inversa não é espontânea. 
\u2022 Podemos concluir que um processo espontâneo tem um sentido. 
Processos espontâneos 
Processos espontâneos 
\u2022 Um processo que é espontâneo em um sentido não é espontâneo 
no sentido contrário. 
\u2022 O sentido de um processo espontâneo pode depender da 
temperatura: gelo se transformando em água é espontâneo a T > 
0oC, água se transformado em gelo é espontâneo a T < 0oC. 
Processos reversíveis e irreversíveis 
\u2013 Um processo reversível é o que pode ir e voltar entre estados 
pela mesma trajetória. 
\u2013 Quando 1 mol de água é congelado a 1 atm a 0oC para formar 1 
mol de gelo, q = \u394Hvap de calor é removido. 
\u2013 Para inverter o processo, q = \u394Hvap deve ser adicionado ao 1 
mol de gelo a 1 atm para formar 1 mol de água a 0oC. 
\u2013 Portanto, a conversão entre 1 mol de gelo e 1 mol de água a 0oC 
é um processo reversível. 
\u2022 Deixar 1 mol de gelo aquecer é um processo irreversível. Para ter o 
processo inverso, a temperatura da água deve ser reduzida a 0oC. 
Processos espontâneos 
Processos reversíveis e irreversíveis 
Processos espontâneos 
Processos reversíveis e irreversíveis 
\u2022 Os sistemas químicos em equilíbrio são reversíveis. 
\u2022 Em qualquer processo espontâneo, a trajetória entre reagentes e 
produtos é irreversível. 
\u2022 A termodinâmica nos fornece o sentido de um processo. Ela não 
pode prever a velocidade na qual o processo irá ocorrer. 
 
Processos espontâneos 
Entropia e a segunda lei 
Da termodinâmica 
Expansão espontânea de um gás 
\u2022 Por que um gás se expande? Por que ocorrem os processos 
espontâneos? 
 
\u2022 Considere um estado inicial: dois frascos 
conectados por um registro fechado. Um 
frasco é evacuado e o outro contém 1 atm 
de gás. 
\u2022 O estado final: dois frascos conectados por 
um registro aberto. Cada frasco contém gás 
a 0,5 atm. 
\u2022 A expansão do gás é isotérmica (com 
temperatura constante). Conseqüentemente, 
o gás não executa trabalho e o calor não é 
transferido. 
Expansão espontânea de um gás 
\u2022 Considere o simples caso onde existem duas moléculas de gás nos 
frascos. 
\u2022 Antes do registro ser aberto, ambas as moléculas de gás estarão em 
um frasco. 
\u2022 Uma vez que o registro é aberto, há uma probabilidade maior que 
uma molécula esteja em cada frasco do que ambas as moléculas 
estarem no mesmo frasco. 
Entropia e a segunda lei 
Da termodinâmica 
Entropia 
\u2022 A entropia, S, é uma medida da desordem de um sistema. 
\u2022 As reações espontâneas seguem no sentido da diminuição de 
energia ou do aumento da entropia. 
Entropia e a segunda lei 
Da termodinâmica 
Entropia e a segunda lei 
Da termodinâmica 
\u2022 No gelo, as moléculas são muito bem ordenadas por causa das 
ligações H. 
\u2022 Portanto, o gelo tem uma entropia baixa. 
Entropia 
\u2022 À medida que o gelo derrete, quebram-se as forças 
intermoleculares (requer energia), mas a ordem é interrompida 
(então a entropia aumenta). 
\u2022 A água é mais desorganizada do que o gelo, então o gelo derrete 
espontaneamente à temperatura ambiente. 
Entropia e a segunda lei 
Da termodinâmica 
Entropia 
\u2022 Existe um equilíbrio entre a energia e as considerações de entropia. 
\u2022 Quando um sólido iônico é colocado na água, duas coisas 
acontecem: 
\u2013 a água se organiza em hidratos em torno dos íons (então a 
entropia diminui) e 
\u2013 os íons no cristal se dissociam (os íons hidratados são menos 
ordenados do que o cristal, então a entropia aumenta). 
 
Entropia e a segunda lei 
Da termodinâmica 
Entropia e a segunda lei 
Da termodinâmica 
Entropia 
Entropia 
\u2022 Geralmente, quando um aumento na entropia em um processo está 
associado a uma diminuição na entropia em outro sistema, 
predomina o aumento em entropia. 
\u2022 A entropia é uma função de estado. 
\u2022 Para um sistema, \u394S = Sfinal - Sinicial 
\u2022 Se \u394S > 0, a desordem aumenta, se \u394S < 0 a ordem aumenta. 
Entropia e a segunda lei 
Da termodinâmica 
Segunda lei da termodinâmica 
\u2022 A segunda lei da termodinâmica explica a razão dos Processos 
espontâneos terem um sentido. 
\u2022 Em qualquer processo espontâneo, a entropia do universo aumenta. 
\u2022 \u394Suniv = \u394Ssis + \u394Sviz: a variação de entropia do universo é a soma 
da variação de entropia do sistema e a variação de